火箭技术造出的这颗“心”点燃晚期心衰患者新希望

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火箭技术造出的这颗“心”点燃晚期心衰患者新希望本报记者陈曦这颗被称为“火箭心”的HeartCon心室辅助装置拥有国内原创独立自主知识产权,充分利用了我国火箭制造的多项技术,是医工紧密结合的智慧结晶。你...

火箭技术造出的这颗“心”点燃晚期心衰患者新希望

本报记者陈曦

这颗被称为“火箭心”的HeartCon心室辅助装置拥有国内原创独立自主知识产权,充分利用了我国火箭制造的多项技术,是医工紧密结合的智慧结晶。

你能想到吗?一个直径只有5厘米,重量只有180克,并不起眼的装置竟能代替心脏,让终末期心衰患者重获新生。这颗被称为“火箭心”的HeartCon心室辅助装置拥有国内原创独立自主知识产权,充分利用了我国火箭制造的多项技术,是医工紧密结合的智慧结晶。

9月15日,这颗纯国产人工心脏在泰达国际心血管病医院(以下简称泰心医院),被成功植入63岁的终末期心衰患者马先生体内,标志着纯国产人工心脏正式进入临床试验。

可破解心脏供体匮乏难题

“火箭心”项目临床试验主研专家、泰心医院院长刘晓程教授介绍,目前心衰的发病率呈快速增长趋势,是诸多类型心血管疾病殊途同归的终末期表现。有数据显示,全世界约有8000万心衰患者,我国心衰患者保守估计也有1600万人。

终末期心衰传统治疗转归差(转归是指病情的转化和发展)、死亡率高。像此次参与“火箭心”临床试验项目治疗的马先生,心衰达10年之久。为了改善心脏功能,防止恶性心律失常,2018年他植入了带有自动除颤功能的三腔起搏器,但心衰还是反复发作,最终被诊断为扩张型心肌病、终末期心衰、心律失常、高血压、肾功能不全、主动脉粥样硬化等,病情危重。

对上述病患情况,传统的心脏移植是较好的疗法,但刘晓程说,合适的心脏供体严重匮乏,中国每年心脏移植数量仅几百例,远远无法满足患者需求,大量患者在等待中死亡。

心室辅助装置是心脏移植外有效治疗心衰的手段,欧美发达国家自20世纪中叶即开展相应的研究,如今已广泛使用,挽救了大批濒死患者。

人工心脏是如何在人体内工作的呢?刘晓程介绍,简单地说,就是一个人工制造的血泵,与心脏并联,血液泵一头连着心脏的左心室,一头连着人的主动脉。被植入人体后,血液从左心室经“流入管”进入到血泵内,血泵再将血液推出,经“流出管”输送至升主动脉,从而辅助患者血液循环。它可以起到部分或全部替代心脏做功的作用。

“自2013年起,全球植入心室辅助装置的数量已远超心脏移植数量,其存活率也已超过心脏移植,患者最长存活时间已超过15年。”刘晓程表示,虽然部分发达国家已将其纳入医保,但因加上治疗费高达20万美金的费用,令人们望“泵”兴叹。我国的心室辅助装置研制起步较晚,尚无物美价廉的产品服务国人。

第三代人工心脏遇上火箭技术

人工心脏,被誉为“医疗器械皇冠上的宝石”。这不仅说明了它的巨大价值,也说明了其研发难度之大。人工心脏自诞生以来,在世界上经历了三代技术的发展,每一次跨越都是一次巨大的科学创新。

“第一代人工心脏使用的是气动血泵,非常复杂、麻烦,很容易造成感染,目前已基本被淘汰;第二代人工心脏改进为有接触的旋转泵。简单说就是血泵有轴,泵有轴就会增加摩擦,从而降低机械效率,还容易引发凝血。”刘晓程介绍,目前世界各国开始第三代人工心脏的研发,其共同特点是,转子与轴承没有接触,而是悬浮起来。“我们用的方法是磁液双悬浮的技术。”

磁悬浮转子在旋转过程中,容易破坏血液里的细胞,血液会凝结成血块,形成血栓。让血液安全高速通过血泵是解决问题的关键。因此第三代人工心脏对原材料的质量,激光焊接的光滑程度,齿轮转子、定子的同轴度,电子元器件性能、参数,产品密闭性的要求都必须更加严格。

“为了解决这些问题,我们找到了‘火箭技术’来帮忙。”刘晓程介绍,泰心医院自2009年起,与中国运载火箭技术研究院合作,瞄准当时国际最前沿的第三代非接触悬浮式心室辅助装置开展研究,因此这颗人工心脏也被称为“火箭心”。

“火箭心”利用了50年来我国在运载火箭伺服控制方面的技术积累,采用磁液双悬浮、泵机一体化、电控双冗余的总体技术方案。

航天泰心科技有限公司的总工程师许剑说:“心脏所处的环境可比火箭要面临的环境好多了,我们是用造火箭伺服控制系统的研发团队进行‘火箭心’的合作研发,在电机、流体、控制、驱动、材料、精密加工等几个领域都应用了造火箭伺服控制系统的相关技术。”

以材料和精密加工领域为例,“火箭心”采用的钛合金材料,也是火箭制造的常用材料,质量轻且经久耐用。2012年针对生物相容性的问题,“火箭心”又通过专项技术攻关,取得突破进展,溶血指标达到国际先进水平。

未来或将取代心脏移植

“与心脏移植相比,植入人工心脏后,只需服用抗凝药,且易于监测凝血功能,不用像心脏移植一样服用抗排异反应的各种药物。”刘晓程表示,随着科技的发展,人工心脏完全能够取代心脏移植。

“而且第三代人工心脏从理论上讲是没有使用期限的。”刘晓程解释,因为选用的是磁液悬浮,转子没有磨损。即使出现了故障,人工心脏也是可以换的。不像心脏移植,一旦被移植的心脏出现问题,处理起来比较麻烦。

目前第三代人工心脏只需一根比筷子还细的导线从肚皮穿出,连接控制器和电池。“和心脏起搏器只需要弱电不一样,由于人工心脏使用的是血泵,需要电能来产生动力,所以需要在体外连接电池。”刘晓程表示,人工心脏需要两块体外电池,每块电池各使用8小时;同时,像士兵带着子弹夹一样,人工心脏还有两块备用电池,方便患者交替使用,保证安全。

2019年3月,刘晓程率医疗团队以人道主义救助形式,将“火箭心”植入患者李先生和高女士体内。目前,李先生和高女士已健康存活超过550天。

“小型化是未来人工心脏的发展方向。”刘晓程介绍,目前最新研发的可应用于儿童的“火箭心”只有90克,预计很快就能进行动物实验。

【编辑:陈海峰】

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